Исследование тепловых и реологических процессов в поточных аппаратах с очищаемой поверхностью при обработке сред с аномальной вязкостью тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.18.12, кандидат наук Круподеров Алексей Юрьевич

• Круподеров Алексей Юрьевич
• кандидат наук
• 2017

Оглавление диссертации кандидат наук Круподеров Алексей Юрьевич

Введение

Глава 1. Особенности обработки пищевых продуктов в оборудовании с очищаемой поверхностью с учётом реологических характеристик используемых сред. Значимость исследования

1.1. Назначение поточных аппаратов с очищаемой поверхностью теплообмена и особенности тепловой обработки вязких сред

1.2. Общие сведения о реологических характеристиках вязких пищевых продуктов и других сред

1.3. Обзор исследований реологических свойств продуктов обладающих эффективной вязкостью

1.4. Литературный обзор работ по исследованию тепловых процессов в оборудования с очищаемой поверхностью, для тепловой обработки вязких и других сред

Глава 2. Теоретическое описание и математическое моделирование поставленных задач исследования

2.1. Задачи исследования процессов теплообмена в аппаратах с очищаемой поверхностью

2.2. Вывод критериального уравнения теплообмена при обработке сред с неньютоновскими псевдопластичными свойствами

2.3. Методика обработки данных полученных при определении реологических характеристик исследуемых сред

2.4. Особенности пускового режима работы оборудования с очищаемой поверхностью

Глава 3. Экспериментальные исследования реологических характеристик рассматриваемых сред, а также исследование пускового режима

экспериментальной модели аппарата с очищаемой поверхностью

3.1. Установка для определения реологических характеристик сред, используемых при исследовании тепловых процессов

3.2. Описание экспериментальной установки для исследования пускового режима

3.3. Результаты экспериментов и их обсуждение

Глава 4. Экспериментальные исследования тепловых и реологических процессов

4.1. Исследования реологических свойств вязких пищевых продуктов

4.2. Схема и описание экспериментальной установки для исследования тепловых процессов в поточных аппаратах с очищаемой поверхностью

4.3. Определение опытных величин, полученных с помощью экспериментальной установки

4.4. Результаты экспериментальных исследований расходуемой энергии в теплообменном аппарате с очищающими перемешивающими устройствами при обработке ряженки жирностью 2,5 %

Глава 5. Выводы и практические предложения по обработке вязких пищевых продуктов в оборудовании со скребковыми мешалками

5.1. Рассмотрение общих закономерностей протекания реологических и тепловых процессов в исследованном

5.2. Практическое применение закономерностей пусковых режимов скребковых мешалок

5.3. Предложения по практическому применению экспериментальных данных при разработке аппаратов со скребковыми перемешивающими устройствами

Заключение

Литература

1.Таблицы результатов измерений

2. Графики и зависимости полученные в результате анализа экспериментальных данных

3. Справки о внедрении

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Исследование тепловых и реологических процессов в поточных аппаратах с очищаемой поверхностью при обработке сред с аномальной вязкостью»

Введение

Актуальность работы. В перечне постоянно используемых продуктов питания значительное место занимают вязкие и аномально-вязкие продукты в том числе жировые и жиро содержащие вещества, которые находят широкое применение в технологиях молочных, мясоперерабатывающих, масложировых, хлебопекарных, кондитерских и других пищевых и непищевых производствах.

Вязкие среды требуют новых инженерных знаний по вопросам разработки

технологии и техники их производства с учетом реологических свойств перерабатываемого сырья и готовой продукции.

Вязкостные характеристики продуктов питания и сырья требуются при определении геометрических, кинематических, конструктивных, динамических и других параметров оборудования. Данные о закономерностях изменения реологических характеристик позволяют влиять на качество продуктов и их структуру, путём внесения добавок или регулирования режимов и способов обработки.

Широко распространен способ интенсификации теплообмена при обработке вязких продуктов в поточных аппаратах путем перемешивания обрабатываемого продукта специальными рабочими органами. Необходимо более детальное исследования этого способа, особенно при рассмотрении вопроса о тепловой обработке продуктов с аномально вязкими свойствами. При тепловой обработке высоковязких пищевых продуктов, большинство из которых обладает аномально вязкими неньютоновскими свойствами, целесообразно применять конструкции перемешивающих устройств, рабочие кромки которых соприкасаются с теплопередающей поверхностью оборудования либо располагаются на незначительном расстоянии от нее. Обработка вязких пищевых продуктов в аппаратах с очищающими устройствами ведёт к уменьшению толщины застывшего на теплопередающей поверхности слоя продукта, что уменьшает термическое сопротивление.

Перемешивание вязких материалов требует больших затрат энергии. Поэтому для уменьшения мощности расходуемой на перемешивание, необходимо минимизировать частоту в ращения с учётом реологических характеристик обрабатываемой среды, и обеспечения требуемого режима обработки.

Преимущество использования скребковых мешалок заключается в том, что даже при ламинарном движении продукта в резервуаре можно иметь высокие коэффициенты теплоотдачи в связи с тем, что пристенный слой непрерывно счищается скребками и на определенный отрезок времени сводит до минимума термическое сопротивление пристенного слоя, образующегося в отрезок времени

между очередными прохождениями скребка. Кроме того, достаточно высокие значения коэффициентов теплоотдачи на стороне продукта обеспечиваются также в результате перемешивания счищенных слоев с основной массой.

Таким образом, разработка эффективного оборудования путём интенсификации реологических процессов в теплообменных аппаратах с очищающими устройствами при обработке в них вязких сред является актуальной проблемой. Для её решения необходимо вывести систему расчётных зависимостей тепловых процессов.

Цель и задачи исследований. Целью работы является интенсификация реологических и тепловых процессов при обработке вязких сред в аппара-тах с перемешивающими устройствами на основе исследований.

Для достижения поставленной цели решены следующие задачи:

- провести экспериментальные исследования реологических процессов в экспериментальном аппарате с перемешивающими устройствами;

- выполнить исследования пускового режима работы аппарата с перемешивающими устройствами;

- получить обобщённые критериальные уравнения тепловых процессов с учётом конструктивных особенностей очищающих устройств и реологиче-ских характеристик обрабатываемого продукта;

- Получить зависимость пригодную для описания пускового режима в оборудовании с очищающими устройствами;

- разработать рекомендации для проектирования поточного теплообмен-ного аппарата скребкового типа, приспособленного для обработки вязких молочных продуктов.

Концепция и методы исследования. Для решения поставленной задачи необходимо иметь формулы для расчета тепловых процессов в поточных аппаратах с перемешивающими устройствами, полученные на основании экспериментальных данных.

Экспериментальные исследования проведены с использованием модифицированного реометра. На цилиндр ротор реометра были установлены

изготовленные скребковые устройства. Использовался альтернативный цилиндр статор. При проведении исследований применялся комплекс методов, позволивших определить частоту вращения ротора с высокой точностью, а также определить динамику изменения частоты для оценки пусковых режимов.

Научная новизна. На основе теоретических и экспериментальных исследований предложена методология создания эффективных технических средств для обработки вязких продуктов в теплообменниках скребкового типа. Рассмотрено влияние пусковых режимов скребкового оборудования, не достаточно описанное в предшествующих работах. С учётом полученных данных были выполнены научно-технические прогнозы направлений повышения эффективности аппаратов со скребковыми перемешивающими устройствами.

Степень научной разработанности проблемы. Автор опирался на труды ряда отечественных и иностранных ученых занимавшихся исследованиями тепловых и гидродинамических процессов в аппаратах с очищающими перемешивающими устройствами.

В частности, вопросом расчёта потребляемой энергии занимались:

Насонов Н.В., Никитин А.К., Крамм Э.А., Розанов JI.C., Ластовцев A.M., Фройштетер Г.Б., Скурчинский В.А., Мамченко С.Д., Кравченко В.Р., Регер Э.О., Бегачев В.И., Гурвич А.Р, Брагинский Л.Н. и другие.

Расчёт энергии, расходуемой на перемешивание, является одним из важнейших вопросов в исследуемом оборудовании. Энергия, потребляемая перемешивающими механизмами в том числе мешалками скребкового типа, зависит от ряда факторов: конструкции аппарата, в том числе его размерами, геометрическими и кинематическими параметрами перемешивающих устройств, реологическими и теплофизическими свойствами обрабатываемой среды и другими параметрами. Выполненные рассмотренными авторами исследования проводились с использованием оборудования, имеющего конструкцию аппарата и очищающих устройств, отличающихся от экспериментальной установки, использованной в диссертационной работе. Рассмотренные в литературном обзоре результаты в некоторых случаях могут рассматриваться только в качестве первого

приближения.

Автором диссертационной работы также был проведён анализ исследований теплообменна в аппаратах со скребковыми мешалками. Рассмотрены как ранние работы таких авторов как Хаггенс Ф., Скелланд А., Бот Т.Р, Шейк М.Р, так и более поздние работы отечественных и иностранных авторов таких как Консетов В.В., Кудрявицкий Ф.М., Брагинский JI. Н., Николаев JI.K., Николаев Б.Л., де Год Р., Абикхандани X.

Основные положения диссертации опубликованы в работах: - в изданиях, рекомендованных ВАК РФ:

1. Денисенко А. Ф., Николаев Б. Л., Мовчанюк Е. В., Круподёров А. Ю. Влияние механической и тепловой обработки на реологические свойства смеси мороженого «Пломбир шоколадный» // Электронный научный журнал «Процессы и аппараты пищевых производств». 2012. № 2. С. 16-18.

2. Николаев Л. К., Николаев Б. Л., Круподёров А. Ю., Кузнецов A.B. Экспериментальная установка для исследования тепловых процессов в поточных аппаратах с очищающими устройствами // Электронный научный журнал «Процессы и аппараты пищевых производств». 2014. №1. С.7-14.

3. Николаев Б. Л., Николаев Л. К., Круподёров А. Ю., Кузнецов A.B. Физическая модель аппарата с очищаемой поверхностью теплообмена, методика и обработка результатов исследований, при изучении процессов расходуемой энергии на перемешивание продукта // Электронный журнал «Процессы и аппараты пищевых производств» 2014. №1. 37-48.

4. Николаев Б.Л., Николаев Л.К., Денисенко А.Ф., Круподёров А.Ю. Кузнецов A.B. Влияние температуры продукта, градиента скорости и касательных напряжений на реологические характеристики майонеза провансаль «Колибри» // Электронный научный журнал «Процессы и аппараты пищевых производств». 2013. №1. С.21-26.

5. Круподёров А.Ю., Николаев Л.К., Кузнецов A.B. Реологические характеристики аномально вязких пищевых продуктов и других сред // Электронный научный журнал «Процессы и аппараты пищевых производств».

2014. №4. С.30-41.

6. Круподёров А.Ю., Николаев JI.K., Теплоотдача в оборудовании с очищаемой поверхностью теплообмена при обработке вязких сред с неньютоновскими свойствами // Электронный научный журнал «Процессы и аппараты пищевых производств» 2015. №1. 17-21с.

- в других изданиях:

7. Арет В.А., Пеленко В.В., Круподёров А.Ю. Исследование тепловых и реологических процессов в поточных аппаратах с очищаемой поверхностью // Технико-технологические проблемы сервиса - 2017. - № 1(39). - С. 5-8.

8. Николаев JI. К., Денисенко А. Ф., Николаев Б. JL, Круподёров А. Ю. Кинетика реологических свойств кулинарного жира «Фритюрный» // Сборник трудов 26-го Симпозиума по реологии. 2012. С. 114-115.

9. Николаев JI. К., Николаев Б. JL, Круподёров А. Ю. Особенности реологического поведения сыра плавленого «Сыр с луком» // Сборник трудов 26-го Симпозиума по реологии. 2012. С.116-117.

10. Николаев JI. К., Круподёров А. Ю., Николаев Б. JI., Денисенко А. Ф. Критерии, симплексы подобия и критериальные уравнения при моделировании процессов перемешивания вязких и аномально вязких продуктов в поточных аппаратах с очищаемой поверхностью теплообмена: Материалы международной научной конференции «Инновации в науке и образовании - 2012», КГТУ, Калининград.: 2012. С.451-452.

11. Арет В. А., Байченко JI.A., Рахмонов С., Круподёров А.Ю. Экспериментальное исследование пускового режима работы модели пищевого оборудования // Topical areas of fundamental and applied research VII - 2015. T.2. C.94-96.

12. Николаев JI. К., Николаев Б. JI., Круподёров А. Ю., Специфика тепловых процессов при обработке продуктов с псевдопластичными свойствами // материалы 10-й международной научно-технической конференции «Инновации в науке и образовании - 2012», КГТУ, Калининград.: 2012. С.453-455.

13. Николаев JI. К., Николаев Б. JI., Круподёров А. Ю. Структурные

переходы плавленого сыра «Лето» при изменении температурных параметров // Материалы международной научно-технической конференции «современные методы исследований теплофизических свойств веществ», СПб.: 2012. С.458.

14. Николаев Л. К., Денисенко А. Ф., Круподёров А. Ю. Зависимость реологических характеристик смеси мороженного «Молочное» от температуры продукта и градиента скорости. Материалы международной научно-технической конференции «Управление реологическими свойствами пищевых продуктов» // МГУПП, М.: 2012. С.216-217

15. Круподёров А.Ю., Ахмедов М.Х., Мерецкая A.A., Идрисов Н.И. Экспериментальный стенд на базе ротационного вискозиметра для исследования пускового режима оборудования // Научный альманах. - Тамбов.: 2015 - № 10-3 (12) С. 150-153.

16. Мещанинов A.B., Арет В.А., Байченко Л.А., Круподёров А.Ю. Оценка деформации и черствения хлебобулочных изделий с использованием прибора для метареологических исследований // Актуальные вопросы технических наук в современных условиях: Материалы IV Международной научно-практической конференции, (г. Санкт-Петербург, 2017 год) [заочная конференция] - 2017. - С. 1-12.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка использованной литературы. Работа содержит 117 страниц машинописного текста включая 9 таблиц, 32 рисунка, список литературы из 106 наименований, включая 39 зарубежных источников, 14 страниц приложений.

Глава 1. Особенности обработки пищевых продуктов в оборудовании с очищаемой поверхностью с учётом реологических характеристик используемых сред. Значимость исследования.

1.1. Назначение поточных аппаратов с очищаемой поверхностью теплообмена и особенности тепловой обработки вязких сред

Большинство вязких продуктов, используемых в пищевых производствах и многие вязкие среды непищевой промышленности обладают аномально-вязкими неньютоновскими свойствами [48]. Сложность обработки многих продуктов заключается в низкой турбулизации потока вследствие высокой вязкости среды. Вблизи теплообменной поверхности слой охлажденного продукта имеет самую большую вязкость и значительно затрудняет теплообмен [47, 62]. Теплопередачу к стенке поточного аппарата с очищаемой поверхностью можно свести к исследованию переноса энергии в пограничном слое. Толщина и структура этого слоя определяются условиями движения среды [10]. Особенностью охлаждения вязких сред является тот факт, что колебания температуры хладоносителя на входе в охлаждающую рубашку и его расход изменяют температуру продукта в значительно меньшей степени. Эту особенность можно объяснить тем, что при более интенсивном охлаждении застывший слой обрабатываемой вязкой среды, оказывающий существенное влияние на процесс теплообмена, имеет большую толщину, чем в случае менее интенсивного охлаждения. Из этого следует, что наиболее важным фактором, влияющим на тепловые процессы в охладителях скребкового типа, является эффективность удаления застывшего слоя продукта.

Для создания приемлемого коэффициента теплообмена при обработке вязких продуктов во многих случаях целесообразно использование аппаратов со скребковыми устройствами [63].

Так как при охлаждении вязких продуктов в ходе осуществления технологических процессов на производстве происходит значительное изменение вязкости обрабатываемой среды, это в свою очередь приводит к значительному повышению расхода энергии при перемешивании. Высокий расход энергии на перемешивание в свою очередь приводит к получению продуктом теплоты вследствие диссипации энергии [52]. Влияние диссипируемой энергии на процесс теплообмена также необходимо учитывать при проведении экспериментов.

На процесс теплообмена в аппаратах со скребковыми устройствами оказывают существенное влияние следующие факторы: реологические характеристики обрабатываемой среды, изменяющиеся в зависимости от

температуры, а для аномально-вязких продуктов также от градиента скорости; характеристики перемешивающих устройств, их количества и конструкции [32]. Именно эти факторы должны быть отражены в критериальных уравнениях, полученных в этой работе.

Производительность любого теплообменного аппарата напрямую зависит от коэффициента теплопередачи. Соответственно основным направлением разработки более эффективного теплообменного оборудования является повышение этого коэффициента, определяемого по формуле (1) [29]:

где: апр, а^ - коэффициенты теплоотдачи на стороне продукта и

2

хладоносителя соответственно, Вт/(м -К);

л

Яс — суммарное термическое сопротивление, (м -К)/ Вт Суммарное термическое сопротивление можно выразить следующим образом [53]:

(2)

где: £)прр 5СТ, йзагр - толщина застывшего слоя продукта, толщина стенки,

толщина загрязнений на стороне хладоносителя, м;

^прДстДзагр - коэффициент теплопроводности продукта, материала стенки

цилиндра и загрязнений соответственно, Вт/(м-К).

Применение скребковых очищающих устройств позволяет в значительной степени повысить коэффициент теплоотдачи на стороне продукта апр, и удалять

застывший слой продукта создающий значительное термическое сопротивление.

После каждого прохождения скребка в пристенном слое восстанавливается температура, характерная для основной массы продукта в аппарате. Теплообмен продукта с внутренней цилиндрической теплообменной поверхностью аппарата определяется по законам распределения тепла путем теплопроводности в пограничном слое при нестационарном теплообмене. Продолжительность контакта обрабатываемого продукта с поверхностью между двумя

прохождениями скребковых устройств и однородной температуре теплообменной поверхности небольшая [31].

Конвективный перенос тепла в пристенном слое очень незначителен и с учетом этого Брагинский и Бегачев определяли теплообмен в аппаратах со скребковыми устройствами, предполагая, что во всех точках температура практически одинакова и за время прохождения скребка перенос тепла осуществляется на небольшую часть толщины пристенного слоя [9]. Расчеты проводились на основе: закона сохранения энергии и закона Фурье.

1.2. Общие сведения о реологических характеристиках вязких пищевых продуктов и других сред

Основными реологическими свойствами сред являются: пластичность, вязкость, прочность, упругость. Среди этих свойств для исследуемых тепловых процессов в оборудовании с очищаемой поверхностью теплообмена наиболее важное значение имеют вязкостные свойства обрабатываемых сред [3].

Большинство вязких продуктов, используемых в пищевых производствах и многие вязкие среды непищевой промышленности, в определённом температурном интервале обладают аномально-вязкими неньютоновскими свойствами.

Многие пищевые продукты, являются структурированными дисперсными системами [17]. Согласно [64], большинство продуктов, обрабатываемых в пищевых производствах являются высококонцентрированными неоднородными дисперсными системами. Обработка пищевых продуктов во многих случаях приводит к образованию или распаду дисперсных систем. При этом структура этих систем и реологические свойства сред изменяются. Изменения реологических свойств могут оказывать значительное влияние на процессы обработки продуктов и на работу оборудования.

Основными факторами, влияющими на физические свойства вязких сред, являются температура и градиент скорости при движении продукта. Для

некоторых продуктов при сравнительно небольшом изменении этих параметров эффективная вязкость и касательные напряжения могут изменяться в десятки и сотни раз. Поэтому эти параметры в значительной степени влияют на протекание гидродинамических и тепловых процессов.

Чтобы описать характер течения продуктов, обладающих неньютоновскими свойствами можно использовать реологическое уравнение следующего вида [62]:

т = к-*\ (3)

где х - касательное напряжение, возникающее в результате сдвигового течения между слоями жидкости, Па; к - коэффициент консистенции; У - градиент скорости сдвига с"1; п - индекс течения.

При т = 1 напряжение сдвига пропорционально вязкости и скорости сдвига; при т < 1 среда будет обладать псевдопластичными неньютоновскими свойствами. Значение градиента скорости сдвига, например, для теплообменного оборудования с перемешивающими устройствами определяется по формуле [6]:

У=110г°'5-п, (4)

где ъ — число лопастей перемешивающего устройства, шт; п — частота вращения перемешивающего устройства, с-1. Коэффициент к и показатель степени ш в уравнении (3) представляют собой реологические характеристики сред. Для исследуемого диапазона градиента скорости не выходящего за рамки интервала от 0,17 до 1312 с-1 их можно принять постоянными. У псевдопластичных материалов увеличение градиента скорости сдвига приводит к уменьшению эффективной вязкости. Это происходит в результате того, что при возрастании градиента скорости ассиметричные молекулы среды упорядочиваются, располагаясь по более длинной оси в направлении течения потока [16] В этом случае макромолекулы растягиваются в цепочку, и структура системы разрушается. Макромолекулы принимают обтекаемое положение, что приводит к уменьшению величины касательного

напряжения, вследствие этого уменьшается эффективная вязкость материала. При достаточно высоком значении градиента скорости процесс упорядочения молекул жидкости прекращается, и свойства среды приближаются к ньютоновской среде [38].

Существует другое мнение по поводу причины изменения вязкости псевдопластичных сред. Согласно ней, эффект псевдопластичности является следствием наличия сольватных оболочек на диспергированных частицах, которые образуют в среде непрочные соединения между молекулами растворителя и частицами диспергированного вещества. При незначительных значениях градиента скорости не нарушаются связи молекул растворителя с сольватными оболочками. При этом вязкость материала не изменяется и остаётся равной ньютоновской вязкости. Возрастание градиента скорости ведёт к постепенному разрушению сольватных оболочек, что приводит к уменьшению связи между частицами, и в результате уменьшается вязкость среды. Большие значения градиента скорости демонстрируют кривую течения соответствующую полному разрушению сольватных оболочек. В этом случае кривая течения переходит в прямую линию так как взаимодействие частиц будет постоянным, таким образом среда приобретает ньютоновские свойства [66]. В основе этих точек зрения лежит утверждение о том, что макромолекулы псевдопластичных сред и их элементы при увеличении скорости сдвига становятся более обтекаемыми, что приводит к уменьшению эффективной вязкости материала [9].

Все среды, обладающие неньютоновскими свойствами можно разделить на две группы. Во-первых, материалы, обладающие реологическими свойствами, которые постоянны. Во-вторых, материалы, свойства которых меняются во времени. Эти материалы могут частично восстанавливать свою форму после деформации.

Значительная часть продуктов, обрабатываемых в пищевой промышленности, относятся к первой группе. Материалы этого типа исследуются в данной диссертационной работе.

1.3. Обзор исследований реологических свойств продуктов обладающих эффективной вязкостью.

На рисунках 1-12 представлены экспериментальные данные исследования реологических характеристик в которых наблюдается снижение эффективной вязкости при повышении

Острецова Н.Г. и Чекалева A.B. [56] проводили исследования реологических свойств белковых сгустков комбинированной молочной закваски. Результаты представлены на рисунке 1. Где 1 - массовая доля белка 3,7%; 2 -массовая доля белка 4,3%; 3 - массовая доля белка 5%; 4 - массовая доля белка 6,3%

_ . Градиент скорости, с"1

Рисунок 3

Градиент скорости, с1 Рисунок 5

Градиент скорости, с-1

Рисунок 6

Рисунок 10

Рисунок 11

Можно отметить, что при увеличении доли концентрата пахты в сгустке его вязкость растёт. Что может быть связано связано, во-первых, с концентрированием сухих веществ, во-вторых, с агрегированием белков пахты, в-третьих с образованием внутренних структур. При малых значениях скорости сдвига (от 0 до 10 с"1) наблюдалось резкое снижение вязкости, а с ростом градиента сдвига вязкость начинала стабилизироваться. Помимо йогуртной

40000

V

т 35000

С

30000

й

к ¿•>000

*

5 7(тоо

а 15000

£ 10000

? 5000

о

о

Рисунок 1

5 ю и го г; зо Градиент скорости, с*1

Градиент скорости, с 1 Рисунок 2 1

У 155 т

а

иь-

115

95

«

В 75 ■

№ Ш 55

35 ■

-е- 15 -I

(п 0

Рисунок 4

2 4 6 в 10 12 14 16 Градиент скорости, с1

Рисунок 7

Гридней I скорости, с 1

И ЖС 'СО Градиент скорости, с"1

Рнонок 8

Градиент скорости, с~

Градиент скорости,

Градиент скорости, с!

Градиент скорости, с1

Рисунок 9

закваски авторы исследовали реологические свойства сгустков кефирной закваски, начальная эффективная вязкость которой была в 1,6-5 раз ниже.

Араш Кучеки и соавторы [86] исследовали реологические свойства кетчупа при различных концентрациях стабилизаторов. Исследовались такие стабилизаторы как ксантановая камедь и гуаровая камедь в количестве 0.5%, 0,75% и 1 %. Результаты измерений вязкости для гуаровой камеди приведены на рисунке 6. Измерения осуществлялись с помощью ротационного вискозиметра BMV 88. Градиент скорости изменялся в диапазоне от 1 до 300 с"1. Смеси продемонстрировали явные псевдопластичные свойства при скоростях сдвига меньше 150 с4. При увеличении концентрации стабилизаторов вязкость росла. Данные представлены на рисунке 3, где показаны скоростные характеристики вязкости кетчупа с содержанием гуаровой камеди 1 - 0,5%; 2 - 0,75%; 3 - 1%; 4 -контрольный образец без стабилизатора.

Кус и другие [88] провели исследования реологических свойств смесей мороженного. Исследования проводились с помощью ротационного вискозиметра RlieoStress RSI. Градиент скорости изменялся в диапазоне от 0 до 300 с"1. Результаты измерения вязкости от градиента скорости и температуры представлены на рисунке 7. Рассматривались температуры от 5 до 50 °С.

продемонстрировали псевдопластичные свойства.

Разави и соавторы [96] исследовали реологические свойства обезжиренной кунжутной пасты. Исследования проводились с помощью ротационного вискозиметра RVDV-II. Замеры вязкости производились при температурах 25, 35, 45 и 55°С. Результаты исследования вязкости образцов при температуре 25°С представлены на рисунке 8.

Все образцы [96] показали неньютоновские псевдопластичные свойства.

Поведение образцов можно было с достаточной точностью описать уравнением:

г к- Y", (5)

Где т — напряжение сдвига, Па;

У - градиент скорости, с"1;

Коэффициент консистенции к для исследованных образцов составлял 108 — 240 Па-с. Индекс течения п был в диапазоне 0,35 - 0,51.

Патока и другие [77] проводили исследования вязкости молочных сывороточных белков молока. Результаты исследований представлены на рисунке 9. Как видно на рисунке, неньютоновские свойства для растворов, содержащих до 30% белка включительно, проявляются слабо. Уже при 35% кривая приобретает характер псевдопластичных свойств, а для образцов, содержащих 45% белка неньютоновские псевдопластичные свойства становятся ярко выраженными. Градиент скорости изменялся в диапазоне 1 - 130 с"1.

Апортела-Полатсиос и другие [69] проводили исследования реологических свойств йогурта, обогащенного волокнами и кальцием. В качестве источника волокон использовались отруби пшеницы. Исследования проводились с помощью ротационного вискозиметра DV-III. Температура образцов составляла 25°С. На рисунке 6 представлена зависимость вязкости от градиента скорости и содержания отрубей. Использовались образцы, содержащие свежие и поджаренные отруби, на графике: 1 - контрольный образец без волокон; 2 - 1,5% свежих отрубей; 3 - 1,5% поджаренных отрубей; 4 - 3% свежих отрубей; 5 - 3% поджаренных отрубей; 6 - 4,5% свежих отрубей; 7 - 4,5% поджаренных отрубей. Градиент скорости изменялся в диапазоне от 1 до 22 с"1. При повышении содержания волокон вязкость возрастала.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Круподеров Алексей Юрьевич, 2017 год

Литература

1. Арет В. А., Николаев Б. JL, Николаев JI. К., Забровский Г. П. Реологические основы расчёта оборудования производства жиросодержащих пищевых продуктов. СПб.: СПбГУНиПТ, 2006.-435с.

2. Арет В.А., Николаев Б.Л., Николаев Л.К. Теоретическое определение закономерностей распределения давления на лопасть лопастных мешалок в ёмкостном оборудовании // Научный журнал НИУ ИТМО. Серия «Процессы и аппараты пищевых производств». - 2012. -№ 1. - С.41 -42.

3. Арет В.А., Николаев Б.Л., Николаев Л.К. Физико-механические свойства сырья и готовой продукции // СПб., ГИОРД, 2009. 537 с.

4. Баимбетов Б.С. Моделирование металлургических процессов. Алматы: КазНТУ, 2011. - 118 с.

5. Байченко Л.А., Кондратов A.B., Зеленков В.К., Арет В.А. Математическое моделирование пускового режима пищевого оборудования и реометров // Научный журнал НИУ ИТМО. Серия «Процессы и аппараты пищевых производств». - 2014. - №3. - С.21 -28.

6. Бегачев В.И., Брагинский Л.Н., Глухов В.П., Павлушенко И.С., Павлов М.Г. О моделировании полимеризаторов со скребками // сб. "Тепло- и массообмен в неньютоновских жидкостях. - М.: Энергия, 1969. - С. 279-285.

7. Белкин И.М., Виноградов Г.В., Леонов А.И. Ротационные приборы. М.: Машиностроение, 1968. - 272 с.

8. Березовский Ю.М., Андреев В.Н., Гаврикин A.C., Шпаков В.Ю. Исследование тиксотропных свойств майонеза // Масложировая промышленность. - 2010. - №4. - 32 - 34.

9. Брагинский Л. Н. Бегачев В. И. О теплообмене в трубчатых аппаратах со скребковыми мешалками // Теоретические основы химической технологии. - 1969. - Т. 3. - № 2. - С.245 - 252.

10. Брагинский Л. Н. Бегачев В. И., Павлушенко И. С. О теплообмене в аппаратах со скребковыми мешалками // ЖПХ. - 1964. - №37. - С. 1984-1988.

11. Бычкова Е.С. и др. Исследование реологических показателей качества соусов функционального значения // Хранение и переработка сельхоз сырья. -2012. -№4. -С.28-30.

12. Воларович М.П., Лазовская Н.В. Определение реологических характеристик торфа с помощью ротационного вискозиметра РВ-4 // М., Новые физически методы исследования торфа. 1960. - С. 110-118.

13. Воларович М.П., Лазовская Н.В. Ротационные вискозиметры для исследования реологических свойств дисперсных систем и высокомолекулярных соединений // Коллоидный журнал. 1966. Т. 28. Вып. 2. - С.198 - 213.

14. Володин Ю.Г., Федоров К.С. Теплоотдача и трение в пусковых режимах энергетических установок // СПб., Инфо-да. 2009. 132 с.

15. Глуз М.Д., Павлушенко И.С. Экспериментальное исследование теплоотдачи при перемешивании неньютоновских жидкостей // ЖПХ. - 1966. 2475-2484.

16. Горбатов A.B. Реология мясных и молочных производств. М.: Пищевая промышленность, 1979. 384 с.

17. Горбатов A.B., Маслов А.М., Мачихин В.П., Табачников В.П., Косой В.Д. Под редакцией Горбатова A.B. Структурно-механические характеристики пищевых продуктов. - М.: Легкая пищевая промышленность, 1982. - 296 с.

18. Грунская В.А., Парменова Н.М. Влияние технологических факторов на структурные свойства пастообразных продуктов // Хранение и переработка сельхоз сырья. - 2005. - №3. - С.26 - 27.

19. Гухман A.A. Применение теории подобия к исследованию процессов тепломассообмена. Изд. 2-е перераб. и доп. М.: Высш. школа, 1974. - 328 с.

20. Дешевой C.B., Борисенко A.A., Самойлов В.А., Кубанская Д.М. Исследование реологических свойств кисломолочных продуктов марки «Биобактон» // Хранение и переработка сельхоз сырья. - 2007. - №1. - С.48 -50.

21. Дмитриева Е.С., Золотии А.Ю. Разработка технологий гипоалергенных молокосодержащих паст для питания детей старше 3-х лет // Хранение и переработка сельхоз сырья. - 2012. - №12. - С. 18 - 22.

22. Дякина Т.А., Деркач С.Р., Левачев С.М. Концентрированные эмульсии на основе смесей желатины с лецитином: реологические свойства // Вестник Московского университета. Серия 2. Химия. 2004. - т.45 - № 1. - С.58 - 63.

23. Евтушенко A.M., Крашенникова И.Г., Добржицкий A.A. Применение льняной муки в качестве эмульгатора и загустителя пищевых эмульсий // Пищевая промышленность. 2012. - №8. - С.61 - 62.

24. Евтушенко A.M., Крашенникова И.Г., Шленская Т.В. Контроль качеств желеобразных композиций на основе красной смородины // Пищевая промышленность. 2009. - №12 - С.53 - 54.

25. Емельянов A.A., Корячкин В.П. и др. Реологические характеристики виноградной пасты, полученной низкотемпературным выпариванием в вакууме // Хранение и переработка сельхоз сырья. - 2010. - №4. - С. 10 - 13.

26. Ермолаев Я.Ю., Попов A.M. и др. Исследования растворов модифицированных гречневого и ячменного крахмалов // Хранение и переработка сельхоз сырья. - 2012. - №3. С.33 - 35.

27. Жучков A.A., Житникова B.C., Корячкин В.П. Реологические свойства морковных соусов с активированным пектином // Хранение и переработка сельхоз сырья. - 2011. - №3. - С.22 - 24.

28. Зобкова З.С., Фирсова Т.П., Зенина Д.В. Влияние способа внесения трансглутаминазы на структурно-механические свойства йогурта и протеолитическую активность заквасочных культур // Хранение и переработка сельхозсырья. - 2014. - №3. - С.28 - 32.

29. Исаченко В.П., Осипова В.А., Сукомел A.C. Теплопередача. - М.: Энергоиздат, 1987. - 416 с.

ЗО.Кирпичев М.В. Теория подобия: Монография, М.: Изд-во Академии наук СССР, 1953.-92 с.

31. Конвисер И.А. Теплообмен в аппаратах с очищаемой поверхностью при охлаждении вязких пищевых продуктов // Холодильная техника. - 1971. -№1. - С. 16-20.

32. Консетов В.В., Кудрявицкий Ф.М., Новичков А.Н. Исследование теплообмена в аппарате со скребковой мешалкой // Промышленность синтетического каучука. - 1970. - № 3. - С.9-11.

33. Крусь Г.Н., Шалыгина A.M., Волокитина З.В. Методы исследования молока и молочных продуктов. - М.: Колос, 2000. - 368 с.

34. Кулачинский А. Ножи с режущей кромкой из полимерного материала // Молочная промышленность. - 1966. - № 2. - С.24-27.

35. Курчаева Е.Е., Манжесов В.И. Перспективы использования нетрадиционного растительного сырья при производстве функциональных молочных продуктов // Хранение и переработка сельхоз сырья. - 2010. -№10. -С.61 -63.

36. Лойцянский Л.Г. Механика жидкости и газа. М., Наука, 1973. 848 с.

37. Мамаев А.В, Боракова Л.А. Исследование реологических параметров при производстве обогащенного зерненного творога // Вестник орловского государственного аграрного университета. - 2013. - №1. - т40. - С. 172-176.

38. Мачихин Ю.А., Мачихин С. А. Инженерная реология пищевых материалов. -М.: Лёгкая и пищевая промышленность, 1981. - 216 с.

39. Мачихина А.И., Ермолаев Я.Ю. Линия производства киселей на основе гречневого и ячменного крахмала // Хранение и переработка сельхоз сырья. -2012. -№1. -С.51 -53.

40. Мельникова Е.И., Голубева Л. В., Станиславская Е. Б. Инновационные технологии использования молочной сыворотки в производстве десертных продуктов // Хранение и переработка сельхозсырья. - 2010. - № 1. - С.50-52.

41. Мельникова Е.И., Смирных A.A., Богданова Е.В. Исследование реологических характеристик смесей для низкокалорийного плодовоягодного мороженного // Хранение и переработка сельхоз сырья. -2011. -№1. -С.56-57.

42. Насонов Н.В., Ластовцев A.M. Исследование теплообмена в высоковязких неньютоновских жидкостях, перемешиваемых скребковой мешалкой, вращающейся над плоской теплообменной поверхностью // Сб. науч. Трудов ТИИХМ. - Тамбов, 1968. - Вып. 2. - С.229 - 239.

43. Некрасов П. А. Тиксотропные свойства диетических майонезов, обогащенных диацилглицеридами // Масложировая промышленность. -2009. - №4. - С.34 - 35.

44. Никитин А.К., Крамм Э.А. Влияние перемешивания массы на интенсивность теплоотдачи при перемешивании высоковязкой жидкости пластинчатыми скребками // Теоретические основы химической технологии. 1977. - Т 11. - №3. - С.377 - 383.

45. Никитин А.К., Крамм Э.А., Козлов. Г.С. Интенсивность теплоотдачи при: перемешивании высоковязкой жидкости скребковыми мешалками // Химическое и нефтяное машиностроение. - 1979. - №1. - С. 14 - 16.

46.Николаев Б. Л. Николаев Л. К. Исследование реологических свойств смеси мороженного «Сливочное крем-брюле» // Научный журнал НИУ ИТМО. Серия «Процессы и аппараты пищевых производств». - №2. -2013. -С.56-61.

47.Николаев Б.Л. Развитие научных основ интенсификации гидродинамических и тепловых процессов при обработке жиросодержащих пищевых продуктов в ёмкостном оборудовании с перемешивающими устройствами // Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук / Санкт-Петербургский государственный университет низкотемпературных и пищевых технологий - СПб:, 2009 - 397 с.

48. Николаев Б.Л. Научное обоснование и совершенствование емкостного оборудования для вязких пищевых продуктов // Вестник Международной академии холода. - 2007. - № 4. - С. 35-38.

49.Николаев Б.Л., Николаев Л.К., Денисенко А.Ф., Круподёров А.Ю., Кузнецов A.B. Влияние температуры продукта, градиента скорости и

касательных напряжений на реологические характеристики майонеза провансаль «Колибри» // Научный журнал НИУ ИТМО. Серия «Процессы и аппараты пищевых производств». 2013. - №1. - С.21-26.

50.Николаев Б.Л., Николаев Л.К., Денисенко А.Ф., Мовчанюк Е.В., Круподёров А.Ю. Влияние механической и тепловой обработки на реологические свойства смеси мороженого «Пломбир шоколадный» // Научный журнал НИУ ИТМО. Серия «Процессы и аппараты пищевых производств». - 2012. - № 2. - С. 16-18.

51.Николаев Б.Л., Николаев Л.К., Круподёров А.Ю. Особенности реологического поведения сыра плавленого «Сыр с луком» // Сборник трудов 26-го Симпозиума по реологии - Тверь, 2012. - С. 116-117.

52. Николаев Л. К. Оборудование для охлаждения животных жиров. - М.: ЦНИИТЭИ мясомолпром, 1969. - 34 с.

53. Николаев Л.К., Денисенко А.Ф., Николаев Б.Л. Интенсификация процесса охлаждения маргариновых эмульсий. Электронный научный журнал «Процессы и аппараты». - 2010. - №2. - С.20 - 23.

54. Николаев Л.К., Денисенко А.Ф., Николаев Б.Л. Исследование вязкостных свойств сметаны с содержанием жира 15 процентов до и после перемешивания её в емкостях // Электронный научный журнал «Процессы и аппараты». - 2009. - №2. - С.9 - 15.

55. Николаев Л.К., Денисенко А.Ф., Николаев Б.Л. Определение эффективной вязкости плавленого сыра «Российский» // Электронный научный журнал «Процессы и аппараты». - 2010. - №1. - С. 15 - 19.

56. Николаев Л.К., Денисенко А.Ф., Николаев Б.Л. Температурная зависимость эффективной вязкости маргарина «Эра» от градиента скорости // Электронный научный журнал «Процессы и аппараты». - 2011. - № 2. - С.54 -59

57. Острецова Н.Г. Чекалева A.B. Исследование влияния состава комбинированной молочной основы на активность развития заквасочной

микрофлоры // Молочнохозяйственный вестник. - 2014. - №1, (13), I кв. -С.71 -77.

58. Остриков А.Н., Смирных A.A., Дорохин C.B. Исследования характера изменения динамической вязкости молочно-фруктовых продуктов // Вестник Воронежского государственного университета инженерных технологий. - 2013. - №2. - С.47 - 52.

59. Павлушенко И. С., Глуз М. Д. Критериальные уравнения процессов переноса при перемешивании неньютоновских жидкостей. Прикл. химия, 1966. Т. 34. Вып. 10. - С.2288-2295.

60. Рейнер М. Деформация и течение. - М.: Изд-во нефтяной и горнотопливной промышленности, 1963,- 381 с.

61. Реометрия пищевого сырья и продуктов. Под. ред. Ю.А. Мачихина. - М.: Агропромиздат. 1990. - 271 с.

62. Рогов Б.А. Основы теплофизических процессов обработки жировых продуктов маргариновых производств // Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук / Санкт-Петербургский государственный университет низкотемпературных и пищевых технологий - СПб:, 1999. - 293 с.

63. Рогов Б.А. Пищевая инженерия производства жировой продукции: Справ. Пособие. СПб.: СПБГУНиПТ, 2002. 148 с.

64. Урьев Н.Б., Талейсник М.А. Физико-химическая механика и интенсификация образования пищевых масс. - М.: Пищевая промышленность, 1976. - 240 с.

65. Хамагаева И.С., Тумунова С.Б., Замбалова H.A. Зависимость структурно-механических свойств ферментированных сгустков от микрофлоры закваски. Молочная промышленность. - 2013. - №7. - С.60 - 62.

66. Чубик И. А., Маслов A.M. Справочник по теплофизическим характеристикам пищевых продуктов и полуфабрикатов. - М.: Пищевая промышленность, 1970. - 184 с.

67. Шульман З.П. Конвективный теиломассоиеренос в реологически сложных жидкостях. М.: Энергия, 1975. - 350 с.

68. Abichandani Н. Heat transfer and power requirement in horizontal thin film scraped surface heat exchangers: National dairy research institute, India. Vol. 43, №4, 1988. 871 -881.

69. Aportela-Palatcios A., Sosa-Morales M.E. Velez-Ruiz J.F. Rheological and physicochemical behavior of fortified yogurt, with fiber and calcium Journal of Texture Studies №36, 2005. pp. 333-349.

70. Bayod E., Mansson P., Innings F., Bergenstahl В., Tornberg E. Low Shear Rheology of Concentrated Tomato Products. Effect of Particle Size and Time. Food Biophysics №2, 2007. pp. 146-157.

71. Birgit Schantz, Harald Rohm, Influence of lecithin-PGPR blends on the rheological properties chocolate. Lebensm-Wiss. u.-Technol. №38,2005. 41-45

72. Bott T. R, Sheikh M. R. Brit. Chem. Eng., 9. 1964. pp. 229-231.

73. de Goede, R., de Jong, E. J., Scaling Phenomena in Scraped Surface Heat Exchangers, International Symposium on Preparation of Functional Materials and Industrial Crystallization, Osaka, 1989, pp. 28-34.

74. Dinglinger, G., Die WärmeübertragungimKratzkühler, Ph.D. thesis, Universität Karlsruhe, 6, 1964, pp. 170-175.

75. Dumont E., Fayolle F., Legrand J. Flow regimes and wall shear rates determination within a scraped surface heat exchanger. Journal of Food Engineering 45 (2000) pp. 195-207.

76. Francine Fayolle, RachidaBelhamri, Denis Flick Residence time distribution measurements and simulation of the flow pattern in a scraped surface heat exchanger during crystallization of ice cream. Journal of Food Engineering 116 (2013) pp. 390-397.

77. George Patockaa, Radka Cervenkovab, Suresh Narinea, Paul Jelena. Rheological behaviour of dairy products as affected by soluble whey protein isolate. International Dairy Journal №16, 2006. pp. 399-405.

78. Ghosal, J. K., Srimani, B. N., Ghosh, D. N., Study of the Heat Transfer Rate in a Steam Heated Votator, Indian Chem. Eng. 9 (2) 1967, pp. 53-58.

79. Gnielinski, V., NeueGleichungenfür den Wärme- und den Stoffübergang in turbulent durchströmtenKanälen, Forsch. Ing.-Wes. 41 (1975) 1, pp. 8-16

80. Harriott, P., Heat Transfer in Scraped-Surface Exchangers, Chem. Eng. Progr. Symp. Ser. 55 (1959) 29, pp. 137-139.

81. Hassan, A.N., Frank, J.F., Schmidt, K.A., Shalabi, S.I. Rheological Properties of Yogurt Made with Encapsulated Nonropy Lactic Cultures Journal of Dairy Science Vol. 79, Issue 12 , 1996. pp. 2091-2097

82. Houlton, H. G., Heat Transfer in the Votator Heat Exchanger, Ind. Eng. Chem.36 (1944) 6, pp. 522-528.

83. Huggins F. E. Ind. Eng. Chem., 23, (1931), pp. 749-753.

84. J. Telis-Romero, V.R.N. Telis, F. Yamashita, Friction factors and rheological properties of orange juice. Journal of Food Engineering №40, 1999, pp. 101-106.

85. Janaina Debon, Elane Schwinden Prudencio b, Jose Carlos Cunha Petrus. Journal of Food Engineering №99, 2010. pp. 128-135.

86. Jerome Mabit, Francine Fayolle, Jack Legrand. Shear rates investigation in a scraped surface heat exchanger, Chemical Engineering Science 58 (2003) pp. 4667 - 4679.

87. Koocheki A., Ghandi A., Seyed M., Razavi A., Vasiljevic T. The rheological properties of ketchup as a function of different hydrocolloids and temperature. International Journal of Food Science and Technology №44, 2009. pp. 596-602.

88. Kool J. Heat transfer in scraad vessels and pipes handling viscous materials: Trans. Institution Chem. Eng., 3, 1958. pp. 253-258.

89. Kus S., Altan A., Kaya A. Rheological behavior and time-dependent characterization of ice cream mix with different salep content. Journal of Texture Studies №36, 2005. pp. 273-288.

90. Latinen G.A. Discussion of the paper "Correlation of scraped film heat transfer in the votator" (A.H. Skelland): Chem. Eng. Science., 9. 1959 - pp. 263-266.

91. Mandala I.G, Savvas T.P, Kostaropoulos A.E Xanthan and locust bean gum influence on the rheology and structure of a white model-sauce. Jornal of food engineering №64, 2004. pp. 335-342.

92. Manish Dak, R.C. Verma, S.N.A. Jaaffrey, Effect of temperature and concentration on Rheological properties of "Kesar" mango juice. Journal of Food Engineering №80, 2007, pp. 1011-1015

93. Marcela Arellanoa, Hayat Benkhelifa, Graciela Alvarez, Denis Flick Experimental study and modelling of the residence time distribution in a scraped surface heat exchanger during sorbet freezing. Journal of Food Engineering, 117, 2013, pp. 14-25.

94. Martha P. Rascon-Diaz, Jose M. Tejero, Patricia G. Mendoza-Garcia, Hugo Sergio Garcia, Marco A. Salgado-Cervantes. Spray Drying Yogurt Incorporating Hydrocolloids: Structural Analysis, Acetaldehyde Content, Viable Bacteria, and Rheological Properties. Food Bioprocess Technol №5, 2012. pp. 560-567.

95. Min Zhang and others, Rheological properties of fish skin collagen solution Effects of temperature and concentration. Korea-Australia Rheology Journal Vol. 22, №2, 2010, pp. 119-127.

96. Perez-Martmez J. D., Reyes-Hernandez J., Dibildox-Alvarado E., Toro-Vazquez J. F. Physical Properties of Cocoa Butter/Vegetable Oil Blends Crystallized in a Scraped Surface Heat Exchanger. Journal of the American Oil Chemists Society, 89 (2012), pp. 199-209.

97. Seyed M.A. Razavi, Mohammad B. Habibi Najafi, Zahra Alaee. The time independent rheological properties of low fat sesame paste/date syrup blends as a function of fat substitutes and temperature. Food Hydrocolloids №21, 2007. pp. 198-202.

98. Skelland A. H. P. Oliver D. R., Tooke S. Heat transfer in a water-cooled, scrapedsurface heat exchanges: British Chemical Eng. Sci., 5 .1962 . pp. 346 -353.

99. Skelland, A. H. P., Correlation of Scraped-Film Heat Transfer in the Votator, Chem. Eng. Sci. 7 (1958) 3, pp. 166-175.

100. Solano J.P., Garcia A., Vicente P.G., Viedma A. Flow pattern assessment in tubes of reciprocating scraped surface heat exchangers. International Journal of Thermal Sciences 50 (2011) pp. 803 - 815.

101. Sykora, S., Navratil, B., Heat Transfer on Scraped Walls, Collection Czechoslovak Chem. Comrnun. 31, 1966. pp. 3299-3308.

102. Trommelen A. M. Heat transfer in a scraped-surface heat exchanger: Trans. InstitutionChem. Eng., 45, 1967. pp. 176-178.

103. Trommelen A.M., Beek WJ. Flow phenomena in a scraped-surfaceheat exchanger: Chemical Engineering Science, 1971. -V. 26. - pp. 1933-1942.

104. Vaessen R.J.C., Seeker. Heat transfer in scraped eutectic crystallizers. Internationaljjornalofheatandmasstransfer. 47, 2004, pp. 717-726.

105. Verlent I., Hendrickx M., Rovere P., Moldenaers P., Ann Van Loey. Rheological Properties of Tomatobased Products after Thermal and High-pressure Treatment. Journal of food siens Vol. 71, №3, 2006. pp. 243 - 248.

106. Wenzlau, H., Ay, P., Gramlich, K., ZurModellierung des Warme-undStofftransportes in Kratzkuhlerkristallisatoren, Chem. Techn. 34 (1982) 4, pp. 179-182

Приложения

1.Таблицы результатов измерений

1.1 Экспериментальные исследования теплообмена аппарате со скребковыми устройствами.

1.1.1 Исследования аппарата с использованием скребковых устройств с восемью отверстиями.

Обрабатываемая среда - ряженка жирностью 2,5% Ширина лопастей - 30 мм Количество скребковых устройств - 4 Количество отверстий в каждой лопасти - 8 Диаметр отверстий 12 мм

Тем Тем Пл Час Расх Эфф Кр

пература пература отность тота одуемая ективная итерий

продукта поверхнос продукт вращени энергия ЬГ, вязкость Рейнольд

+ оГ ти а р, я Вт //эф, Па-с са Яе

теплообме кг/м3 скребков

на и °С ой

мешалки

п, об/с

Нагревание ряженки

19,3 26,0 1030,1 0,77 1,5 0,139 95,2

23,5 28,6 1027,1 1,23 2,8 0,104 202,1

24,4 28,6 1026,9 1,76 4,6 0,085 355,2

25,7 29,2 1026,4 2,57 7,8 0,069 634,2

31,4 35,1 1023,8 3,30 8,5 0,048 1186,5

32,8 35,9 1023,3 4,22 13,6 0,042 1731,5

34,3 37,1 1022,7 5,10 16,6 0,036 2441,3

Охлаждение ряженки

33,5 27,9 1022,9 1,34 2,2 0,070 325,5

31,8 27,4 1023,7 1,90 3,9 0,063 511,0

31Д 26,8 1023,8 2,17 4,9 0,061 605,0

29,4 26,0 1024,8 2,52 6,1 0,059 724,6

28,0 25,1 1025,2 3,30 10,4 0,056 1000,9

25,7 23,2 1026,3 4,28 14,3 0,049 1512,0

23,1 21,4 1027,4 8,33 40,1 0,039 3315,9

21,5 20,5 1027,9 11,60 154,6 0,030 6699,0

1.1.2 Исследования аппарата с использованием скребковых устройств с двумя отверстиями.

Обрабатываемая среда - ряженка жирностью 2,5% Ширина лопастей - 30 мм Количество скребковых устройств - 4 Количество отверстий в каждой лопасти - 2 Диаметр отверстий 12 мм

Температу Температу Плотное Частота Расходуем Эффективн Критерий

ра ра ть вращени ая энергия ая вязкость Рейнольд

продукта поверхнос продукт я Ы, Вт ¡1 Эф, Па-с са Яе

1пр, ти а р, скребков

теплообме кг/м3 ой

на и °С мешалки

п, об/с

Нагревание ряженки

16,1 21,7 1032,1 0,73 1,6 0,147 86,4

19,6 23,8 1029,1 1Д7 ЗД 0,110 183,3

20,3 23,8 1028,9 1,68 5,0 0,090 322,2

21,4 24,3 1028,4 2,44 8,5 0,074 575,2

26,2 29,2 1025,8 3,14 9,4 0,050 1076,2

27,3 29,9 1025,3 4,01 15,0 0,044 1570,5

28,6 30,9 1024,7 4,86 18,3 0,038 2214,3

Охлаждение ряженки

27,9 23,3 1024,9 1,28 2,4 0,075 295,2

26,5 22,8 1025,7 1,80 4,3 0,067 463,5

25,9 22,3 1025,8 2,07 5,4 0,065 548,8

24,5 21,7 1026,8 2,40 6,7 0,063 657,2

23,4 20,9 1027,2 3,14 11,4 0,060 907,8

21,4 19,3 1028,3 4,08 15,8 0,051 1371,4

19,3 17,9 1029,4 7,94 44,1 0,041 3007,6

17,9 17,1 1029,9 11,05 170,1 0,032 6076,2

1.1.3 Исследования аппарата с использованием скребковых устройств без отверстий.

Обрабатываемая среда - ряженка жирностью 2,5% Ширина лопастей - 30 мм Количество скребковых устройств - 4

Температу Температу Плотное Частота Расходуем Эффективн Критерий

ра ра ть вращени ая энергия ая вязкость Рейнольд

продукта поверхнос продукт я И, Вт ¿¡Эф, Па-с саЯе

t °Г ти а р, скребков

теплообме кг/м3 ой

на 1;ст, °С мешалки

п, об/с

Нагревание ряженки

16,8 22,6 1029,3 0,70 1,7 0,144 82,4

20,5 24,8 1029,1 1,11 з,з 0,108 175,0

21,2 24,8 1028,9 1,60 5,3 0,089 307,5

22,4 25,4 1028,4 2,33 9,0 0,072 549,1

27,3 30,5 1025,8 3,00 9,9 0,049 1027,3

28,5 31,2 1025,3 3,83 15,8 0,043 1499,1

29,9 32,2 1024,7 4,63 19,3 0,037 2113,6

Охлаждение ряженки

29,1 24,3 1024,9 1,22 2,6 0,073 281,8

27,7 23,8 1025,7 1,72 4,6 0,066 442,5

27,0 23,3 1025,8 1,98 5,7 0,064 523,8

25,6 22,6 1026,8 2,29 7,0 0,062 627,4

24,4 21,8 1027,2 3,00 12,0 0,059 866,5

22,4 20,2 1028,3 3,89 16,6 0,050 1309,1

20,1 18,6 1029,4 7,58 46,5 0,040 2870,9

18,7 17,8 1031,9 10,54 179,4 0,031 5800,0

1.2 Экспериментальные исследования пускового режима в модели аппарата со скребковыми устройствами.

1.2.1 Зависимость частоты вращения ротора от количества оборотов с момента пуска для ряженки 2,5%

Обрабатываемая среда - ряженка жирностью 2,5% Диаметр внешнего цилиндра - 19 мм и 37 мм Нагрузка - 0,196 Н Количество скребковых устройств - 4

Обороты Средняя частота вращения за один оборот, с"1

Для цилиндра радиусом 19 мм Для цилиндра радиусом 37 мм

17 °Q при 22 °С, при 17 °Q при 36 °Q при

уровне 80 уровне 60 мм уровне 88 уровне 88 мм

мм мм

1 U1 1,2 1Д5 1Д5

2 2,0 2,5 2,31 2,5

3 2,50 3,0 3,0 3,33

4 2,50 3,33 3,33 3,33

5 2,72 3,33 3,75 3,75

6 3,0 3,75 3,75 3,75

7 3,0 3,75 3,75 4,28

8 3,0 4,285 4,285 4,28

1.2.2 Зависимость частоты вращения цилиндра от времени при обработке раствора муки.

Обрабатываемая среда - раствор 150 гр муки в 200 мл воды Нагрузка - 1,96 Н

Диаметр внешнего цилиндра - 37 мм Количество скребковых устройств - 4

№ Частота

замера Время, с вращения, с"1

1 0,23 0,40

2 0,33 0,43

3 0,42 0,50

4 0,58 0,54

5 1,05 0,60

6 1,48 0,67

7 1,89 0,67

8 2,31 0,67

9 2,78 0,60

10 3,20 0,67

11 3,58 0,75

12 3,99 0,67

13 4,41 0,67

14 4,78 0,75

15 5,20 0,67

16 5,62 0,67

17 6,00 0,75

18 6,37 0,75

1.2.3 Зависимость частоты вращения цилиндра от времени при обработке глицерина концентрацией 99,5%

Обрабатываемая среда - глицерин концентрацией 99,5% Нагрузка - 0,196 Н Диаметр внешнего цилиндра - 37 мм Количество скребковых устройств - 4

№ Частота

замера Время, с вращения, с"1

1 0,167 0,500

2 0,300 0,625

3 0,400 0,833

4 0,733 0,750

5 1,033 0,833

6 1,333 0,833

7 1,633 0,833

8 1,967 0,750

9 2,267 0,833

10 2,533 0,938

11 2,833 0,833

12 3,133 0,833

13 3,400 0,938

14 3,700 0,833

15 4,000 0,833

1.2.4 Зависимость частоты вращения цилиндра от времени при обработке ацидофилина жирностью 2,5%, с использованием мешалки с двумя скребковыми устройствами.

Обрабатываемая среда - ацидофилин жирностью 2,5%

Диаметр внешнего цилиндра - 37 мм

Нагрузка - 0,196 Н

Количество скребковых устройств - 2

Частота

№ замера Время, с вращения, с1

1 0,200 0,416

2 0,366 0,500

3 0,500 0,625

4 0,616 0,714

5 0,733 0,714

6 0,833 0,833

7 0,933 0,833

8 1,033 0,833

9 1,133 0,833

10 1,233 0,833

11 1,333 0,833

12 1,433 0,833

13 1,533 0,833

14 1,633 0,833

15 1,766 0,625

16 1,866 0,833

17 1,966 0,833

18 2,066 0,833

19 2,133 1,250

20 2,233 0,833

1.2.5 Зависимость частоты вращения ротора от количества оборотов с момента пуска для ряженки 2,5% при различных температурах. Обрабатываемая среда - ряженка жирностью 2,5% Диаметр внешнего цилиндра - 37 мм Нагрузка - 0,196 Н Количество скребковых устройств - 4

Обороты Средняя частота вращения за один оборот, с"1

Для цилиндра с одним скребком Для цилиндра с двумя скребками

10°С 22°С 36°С 11°С 22 °С 35°С

1 0,460 0,547 0,598 0,386 0,460 0,502

2 0,575 0,684 0,74 0,465 0,553 0,604

3 0,766 0,911 0,996 0,581 0,691 0,755

4 0,766 0,911 0,996 0,664 0,790 0,863

5 0,766 0,911 0,996 0,664 0,752 0,863

6 1,150 1,368 1,495 0,774 0,921 1,007

7 1,008 1,280 1,495 0,774 0,880 1,007

8 1,150 1,368 1,495 0,684 0,921 1,007

9 0,760 0,911 0,996 0,774 0,921 1,007

10 1,150 1,368 1,325 0,864 0,973 1,007

11 1,150 1,244 1,495 0,864 0,973 1,090

12 1,150 1,244 1,495 0,774 0,921 1,090

2. Графики и зависимости полученные в результате анализа экспериментальных данных.

2.1 Экспоненциальная зависимость частоты вращения ротора от времени с момента пуска для ряженки жирностью 2,5%

Обрабатываемая среда - ряженка жирностью 2,5% Диаметр внешнего цилиндра - 37 мм Нагрузка - 0,196 Н Количество скребковых устройств - 4 Полученные данные описываются уравнением 1

П=0,626-(1-е 5 321) (67)

где, О - частота вращения подвижного цилиндра, с"1 1 - время, с.

Коэффициент корреляции: 11=0.964; Среднеквадратичное отклонение 5=0,0607.

а, с1

Рисунок 29 - Зависимость скорости вращения ротора от времени при обработке ряженки 2,5 %.

2.2 Экспоненциальная зависимость частоты вращения ротора от времени с момента пуска для глицерина концентрацией 99,5%.

Обрабатываемая среда - глицерин концентрацией 99,5%

Нагрузка - 0,196 Н

Диаметр внешнего цилиндра - 37 мм

Количество скребковых устройств - 4

Полученные данные описываются уравнением (2)

0=0,814-( 1-е"5'891) Коэффициент корреляции: 11=0.957; Среднеквадратичное отклонение 5=0,0425

Q, с1

Рисунок 30 - Зависимость скорости вращения ротора от времени при обработке глицерина концентрацией 99,5%

2.3 Экспоненциальная зависимость частоты вращения ротора от времени с момента пуска для раствора муки.

Обрабатываемая среда - раствор 150 гр муки в 200 мл воды Нагрузка - 1,96 Н

Диаметр внешнего цилиндра - 37 мм Количество скребковых устройств - 4

Г2=0,956-(1-е"6'121) (69)

Коэффициент корреляции: R=0.976; Среднеквадратичное отклонение 5=0,0139

Рисунок 31 - Зависимость скорости вращения ротора от времени при обработке раствора муки.

2.4 Экспоненциальная зависимость частоты вращения ротора от времени с момента пуска для ацидофилина жирностью 2,5% при обработке в установке с двумя скребками.

Обрабатываемая среда - ацидофилин жирностью 2,5%

Диаметр внешнего цилиндра - 37 мм

Нагрузка - 0,196 Н

Количество скребковых устройств - 2

0=0,944-(1-е"3'ш) Коэффициент корреляции: 11=0.976; Среднеквадратичное отклонение 5=0,0139 Графически зависимость изображена на рисунке:

(70)

п, с1

Рисунок 32 - Зависимость скорости вращения ротора от времени при обработке ацидофилина жирностью 2,5%, с использованием мешалки с двумя скребковыми устройствами

3. Справки о внедрении

риозартким молочным заводом ^"ТшМюв Сергей Леонидович

яа/irnq __201fr.

«Утверждаю»

Акт

Передачи исходных данных и технического задания на поточный теплообменный аппарате модернизированными очищающими устройствами

Комиссия в составе представителей Санкт-Петербургского национального исследовательского университета информационных технологий, механики и оптики: завкафедрой «Процессов и аппаратов пищевых производств», д.т.н. профессора Верболоз Е.И.. д.т.н. профессора Арета В.А., аспиранта Круподерова АЛО. и представителя Приозерского молочного завода директора по производству Лотыш Н.С., составили настоящий акт о том. что:Санкт-11стербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики передал исходные требования и техническое задание на поточный теплообменный аппарат с очищающими устройствами с турбулизирующими отверстиями, разработанный на основе аналитических и экспериментальных исследований, проведённых на кафедре «Технологических машин и оборудования» Круподеровым А.Ю. в рамках диссертационной работы по теме: «Исследование тепловых и реологических процессов в поточных аппаратах с очищаемой поверхностью при обработке сред с аномальной вязкостью» под руководством д.т.н. профессора Арета В.А.

Приозерский молочный завод принял полный комплект документации с целью рассмотрения и возможного дальнейшего внедрения в производство.

Директор по производству 11риозерского молочного завода

д.т.н. профессор Университета ИТМО д.т.п. профессор Университета ИТМО Аспирант Университета ИТМО

Круподеров А.Ю.

УТВЕРЖДАЮ

Зам. директора по научной и

11111 !ЛЛиПИ Г' IГ111 \1</ II ^ аг >>: 111,

Акт

использования в учебном процессе результатов диссертационной работы Круподерова Л.К), на тему «Исследование тепловых процессов в поточных аппаратах с очищаемой поверхностью при обработке пищевых продуктов с аномально-вязкими свойствами»

Комиссия в составе декана факультета Пищевых биотехнологий и инженерии д.т.н профессора Волковой О.В.. чаи. кафедрой Процессов и аппаратов пищевых производств д.т.н., профессора Верболоз Е.И. и д.т.н.. профессора Арета В.А. изучила часть диссертационных материалов, представленных Круподеровым А.Ю., и заключила, что они нашли использование в учебном процессе при подготовке студентов по магистерской программе 15.04.02 Процессы и аппараты пищевых производств.

Декан факультета ПБмП

д.т.н., проф. ' Волкова О.В.

Завкафедрой ПиАПП д.т.н.. проф.

Верболоз Е.И

д.т.н., проф. кафедры ПиАПП